안녕하십니까? 오늘 브리핑을 맡게 된 국립낙동강생물자원관 담수연구본부 산업소재연구팀장 정상철입니다. Show 오늘 우리가 발표하게 된 내용은 실제 오염환경에서 난분해성 오염물질인 나프탈렌의 분해원리 규명과 이를 위하여 새로이 개발되어 사용된 분석기술에 관련된 내용입니다. 현재 폐수처리나 오염된 환경을 정화하는 데 여러 환경정화기술이 적용되어 사용되고 있습니다. 그 가운데 친환경적으로 오염물질을 없앨 수 있는 방법으로 미생물을 이용한 생물학적 처리방법이 많이 시도되고 있습니다. 하지만 대부분의 연구들이 실험실 수준에서 개발되고 평가되기 때문에 실제 오염환경에 적용되었을 때 환경분해효과가 제대로 나타나지 않고 그 효능을 과학적으로 검증하기 어려웠던 단점이 있었습니다. 오늘 국립낙동강생물자원관에서 발표하게 된 내용은 이와 같은 문제점들을 개선할 수 있는 새로운 분석 개발과 오염 현장에서 환경분해효과를 검증한 결과에 관련된 내용들입니다. 이번 연구에서는 환경정화능력이 있는 것으로 알려진 미생물인 ‘알테로모나스 나프탈레니보란스(Alteromonas naphthalenivorans)’가 특정수질유해물질로 지정된 나프탈렌을 분해시키는 원리를 실제 오염환경에서 최초로 증명하였습니다. 이는 단순한 실험 조건이 아닌 복잡한 실제 환경에서 환경개선기능을 나타내는 미생물의 작용을 유전자 단위에서 증명한 데 큰 의의가 있다고 할 수 있습니다. ‘붙임1’을 보시면 알테로모나스 나프탈레니보란스 미생물의 사진을 볼 수 있습니다. 이 미생물은 2009년 태안 인근 갯벌에서 처음 발견되었고, 유해물질을 분해하는 능력이 뛰어나고 성장 속도가 대장균보다 빠른 특징이 있기 때문에 효과 좋은 환경정화소재이자 모델미생물로서 가치를 인정받고 연구되어 오고 있습니다. 이번 연구 결과는 알테로모나스 나프탈레니보란스가 오염환경 내에서 두 가지 유전자를 활성화시켜 나프탈렌을 분해시킨다는 것을 명확히 보여 주고 있습니다. 이들 유전자는 미생물이 오염물질을 찾아 스스로 이동하는 화학주성에 관련된 유전자와 다음에 나프탈렌을 실제적으로 분해시키는 두 종의 나프탈렌 분해효소의 생산에 관련된 유전자입니다. ‘붙임2’를 보시면 이 두 가지 효소인 ‘나프탈렌디옥시게네이즈’와 ‘살리실산 하이드록실레이즈’가 어떤 원리로 나프탈렌을 분해할 수 있는지를 보여 주고 있습니다. 먼저, 나프탈렌디옥시게네이즈 효소는 나프탈렌이 갖는 안정한 화학공명구조(resonance structure)의 일부를 붕괴시키고 먹잇감으로 쉽게 사용할 수 있는 ‘다이하이드로 나프탈렌’으로 산화시키는 기능이 있습니다. 그리고 또 하나의 주요 효소인 살리실산 하이드록실레이즈는 나프탈렌이 분해 중간 대사 산물인 살리실산을 ‘다이하이드록시벤조산’으로 산화시켜서 나프탈렌이 미생... 소화과정에서 쉽게 사용할 수 있는 형태로 변화시켜 주는 역할을 하고 있습니다. 이와 같은 연구 결과를 얻기 위해서 이번 연구에 사용된 분석기술은 세계 최초로 개발된 ‘mRNA-SIP’ 분석기술입니다. 이는 안정 동위원소 표지기법과 차세대 염기서열 분석법 기술 접목한 것으로 중앙대학교 전체옥 교수 연구팀과 공동으로 개발하였습니다. 좀 더 구체적으로 말씀드리면, 이 기술은 안정 탄소동위원소로 만들어진 나프탈렌을 분해·섭취한 미생물만을 선택적으로 분리할 수 있는 초고속 원심분리기술방법과 분리된 미생물의 환경정화기능에 관여하는 RNA 염기서열을 분석하는 기술을 접목한 새로운 방법입니다. 이 기술은 전통적인 방법과는 달리 유전자의 증폭 없이 유해물질 분해유전자의 발현 여부를 효율적으로 확인할 수 있는 획기적인 RNA 분석기술입니다. 이번 연구 결과는 물리, 화학, 생물, 임상과학 등의 분야에서 세계적으로 새롭고 두드러진 연구 결과만을 선별하여 게재하는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 2016년 2월호에 게재 완료되었습니다. ‘붙임3’을 보시면, 이러한 환경정화분석기술의 활용방안에 대해서 보여 드리고 있습니다. 이번에 개발된 분석기술은 다양한 난분해성 오염물질을 정화하는 유용생물자원을 발굴하고, 이를 실제 오염환경에 효과적으로 적용할 수 있는 환경개선제 개발에 널리 활용될 수 있을 것이라고 생각됩니다. 국립낙동강생물자원관은 2015년 개관 이후 이 기술을 활용하여서 낙동강 수계의 페놀 오염지역으로부터 페놀을 분리할 수 있는 유용미생물자원에 대한 연구사업을 병행하여서 시행하고 있습니다. 우리 국립낙동강생물자원관은 담수생물자원의 연구특화기관으로서 담수생물자원의 활용 분야에 대한 연구를 주요 핵심 분야로 수립·운영하고 있습니다. 이번에 개발된 환경정화 유전자분석기술은 향후 낙동강 수계뿐만 아니라 국내 모든 담수환경에서의 난분해성 유해물질 또는 다양한 생활환경 오염물질들을 친환경적으로 제거할 수 있는 환경개선소재의 개발과 환경정화와 관련된 기반기술의 지속적인 개발을 위하여 사용될 예정입니다. 이상으로 브리핑을 마치겠습니다. 감사합니다. [질문 답변] <질문> 이게 ‘알테로모나스’ 얘가 태안에서 발견됐는데, 그러면 이게 태안의 해양오염하고도 관련이 있다고 볼 수 있습니까? 그러니까 미생물 같은 경우는 세포가 단순하니까 진화하고 적응하는 과정에서 그런 것들이 발견됐을 가능성이 있지 않을까 이런 생각도 드는데, 굳이 태안에서 발견된 것에 의미를 부여하자면 어떤 의미를 부여할 수 있을지 그게 궁금합니다. <답변> 네. 태안에서, 이 균주는 태안에서 발견됐고요. 나프탈렌은... 그러니까 원유의 가장 대표적인 환경오염물질로 알려져 있습니다. 그래서 이 나프탈렌을 분해하기, 대부분의 유해물질을 분해하는 미생물들은 우리가 어느 환경에서 발견을 하냐면 그 물질로 오염된 환경에서 발견을 하게 됩니다. 분리를 하게 됩니다. 왜냐하면 그 물질이 있어야지만 그 물질을 분해를 잘할 수 있는 미생물을 우리가 분리할 수 있습니다. 그래서 태안에서 일단 이 균은 분리가 되었고요. 가장 유류에서 환경오염의 핵심이 되는 나프탈렌, 다환성방향족 물질인 나프탈렌에 관련된 효능을, 분해효능을 보기 위해서 분리를 했습니다. <질문> *** <답변> 기존에 있던 균주가 어떤 조건에 의해서 이런 특성을 나타내지 못하다가 나프탈렌과 같은 유해물질이 들어왔을 때 잠재적으로 가지고 있는 활성들을 나타내게 됩니다. 우리 환경정화 측면에서는 그러한 미생물들을 분리해서 산업적으로 이용하거나 아니면 원리 규명을 해야 되기 때문에 이 미생물을 발견하기에 적합한 조건이 되었다고 볼 수도 있는 것입니다. 감사합니다. <끝> 본 발명은 유기오염물질 분해 미생물을 생분해성 플라스틱 담체에 고정시켜, 원위치에서 토양경작 방법으로 지중의 오염토양을 정화하는 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 관한 것으로, 지중에서 완전히 분해되는 생분해성 플라스틱을 미생물 고정용 담체로 이용함으로써, 높은 정화효율, 경비절감, 및 환경친화적인 생물학적 정화방법을 제공할 수 있다. 오염토양 정화용 조성물 및 이를 이용한 생물학적 원위치 오염토양 정화방법 {THE COMPOSITION FOR CONTAMINATED SOIL REMEDIATION AND IN-SITU BIOREMEDIATION METHOD USING THE SAME} 본 발명은 오염토양 정화용 조성물 및 이를 이용한 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 플라스틱을 미생물 고정용 담체로 이용하여 원위치에서 토양경작 방법으로 지중의 오염토양을 정화하는 오염토양 정화용 조성물 및 이를 이용한 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 관한 것이다. 토양경작법은 오염토양을 굴착하여 지표면에 깔아 놓고 정기적으로 뒤집어줌으로써 미생물에 호기성 생분해 조건을 제공하여 토양에 잔류되어 있는 유기성 오염물질을 제거하는 생물학적 정화기술이다. 한국환경공단이 지난 2006년부터 2012년까지 국내에서 수행한 22개 토양오염 정화사업을 살펴보면, 오염토양 정화에 적용한 처리기술은 8가지로서, 그 중 생물학적 처리방법으로 토양경작법, 바이오파일, 식물재배법이, 물리화학적 처리방법으로 토양세척법, 토양세정법, 화학적산화법, 토양증기추출법이, 열적 처리방법으로는 열탈착법이 적용되었다. 특히 토양경작법은 총석유계탄화수소(TPH, Total Petroleum Hydrocarbon)로 오염된 22개 정화사업 중에서 19개 사업에 적용하고 있을 만큼, 오염토양 정화에는 경제적이고 효율적이므로 국내에서는 범용적으로 널리 쓰이고 있는 기술이다. 토양경작법은 타 정화기술에 비해 설계와 운전이 용이하고,
특별한 시설 없이 부지가 충분히 확보된다면 적용이 가능한 경제적인 정화기술인 반면, 처리부지가 확보되지 않을 경우에는 적용이 어려울 뿐만 아니라 경작장 하우스 등의 부대시설 설치가 별도로 필요하고, 경작장으로 오염토양을 운반해야 하므로, 경작장 설치비용과 운반비용이 추가적으로 소요되는 단점이 있다. 국내외 관련업계 및 연구기관에서는 토양경작법과 같은 위치외(ex-situ) 정화방법의 단점(부지확보 필요, 경작시설 및 운반비용 부담)을 보완하기 위한 생물학적 원위치(in-situ) 정화방법을 다양한 측면에서 개발하고 있으나, 미생물의 지중정화 처리효율이 낮아 국내 업계에서는 난해한 정화기술로 알려진 실정이며, 대부분 처리단가가 높지만 정화효율이 검증된 물리화학적 정화기술을 적용하고 있는 추세이다. 일본 등 선진국의 경우, 미생물을 특정 담체에 고정화시켜 오염토양에 대한 정화효율을 향상시키는 기술을 개발하여 현장에서 적용하고 있으나, 무기질 담체의 경우 지중에
잔류하게 되어 별도의 선별처리를 해야 하는 단점이 있으며, 선별처리를 못하는 경우 환경적 문제에 대한 오해의 소지가 되는 등, 국내에 해당 기술을 적용하기 어려운 단점이 있다(특허문헌 1). 또한 피트모스 등 유류흡착제를 담체로 이용하는 경우에는 기존 담체에 고정화시키지 않은 단순 미생물을 이용한 정화기술 대비 정화효율의 향상을 체감하지 못하여 추가적 비용 부담 대비 담체의 효용성이 미약한 단점이 있다(특허문헌 2). 한국등록특허 제10-0992505호한국등록특허 제10-0559166호 따라서, 본 발명은 유기성 오염토양을 정화하기 위하여 별도의 부지확보, 경작시설 설치, 오염토양의 운반 공정이 필요 없는 생물학적
원위치(in-situ) 오염토양 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 원위치 토양경작 시 지중 미생물의 환경충격을 보호 또는 완충하기 위하여 미생물 고정화 담체를 포함하는 오염토양 정화용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 미생물 고정화 담체 소재로 지중에서 완전히 분해되는 생분해성 플라스틱을 포함하는 오염토양 정화용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 미생물 생육에 필수적으로 필요한 탄소원의 일종인 글루코스(glucose)를 주원료로 하여 제조된 생분해성 플라스틱을 포함하는 오염토양 정화용 조성물을 이용함으로써, 미생물이 열악한 환경에서도 적정 균체수를 유지하여 정화 처리효율이 높은 생물학적 원위치 오염토양 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오염토양 정화용 조성물은, 생분해성 플라스틱과 유기오염물질 분해
미생물을 포함할 수 있다. 상기 생분해성 플라스틱은 섬유형태의 폴리유산(PLA, Poly Lactic Acid)을 포함할 수 있다. 상기 섬유형태의 폴리유산은, 유기오염물질 분해 미생물을 고정시킴으로써 외부의 환경충격을 완화하고, 미생물의 균체수를 건조토양 1g당 106 내지 109 MPN(most probable number)로 유지할 수 있는 담체 역할을 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 생물학적 원위치 오염토양 정화방법은, (1) 유기오염물질 분해 미생물과 생분해성 플라스틱 담체를 배양하여 담체에 미생물이 고정되도록 유도하는 단계; (2) 상기 미생물이 고정된 생분해성 플라스틱 담체와 배양액을 오염토양에 혼합하는 단계; 및 (3) 상기 혼합한 오염토양에 공기 및 수분을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 (1) 단계는, 배지 100 부피부에 대하여 상기 생분해성 플라스틱 담체 10 내지
50 부피부 및 상기 유기오염물질 분해 미생물 1 내지 20 부피부를 혼합하여 배양함으로써, 상기 생분해성 플라스틱 담체에 상기 유기오염물질 분해 미생물을 고정시킬 수 있다. 상기 제 (2) 단계는, 상기 오염토양 100 부피부에 대하여 상기 생분해성 플라스틱 담체 및 배양액을 각각 1 내지 3 부피부로 혼합할 수 있다. 또한, 상기 제 (2) 단계는, 사전에 오염토양을 굴착한 자리에 상기 담체와 배양액을 혼합한 오염토양을 되메움하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 오염토양 정화용 조성물 및 이를 이용한 생물학적 원위치(in-situ) 오염토양 정화방법은, 위치외(ex-situ) 토양경작 기술 대비 정화시설비, 운반비 등을 절감할 수 있어 토양정화 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 원위치(in-situ) 토양경작법을 적용하지 않고 기존 재래적인 토양경작법을 적용해야 하는 경우에도 기존의 토양경작단 높이를 1.8m 이상으로 높일 수 있게 됨으로써, 경작장 단위면적 당 처리물량이 1.8 배 이상으로 증가되는 효과가 있으므로, 오염토양 정화효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 생분해성 플라스틱 담체는 지중에서 완전히 분해되므로, 무기질 담체와 같이 정화처리 후에 별도의 선별처리 등을 필요로 하지 않아, 경비절감 및 환경 친화적인 효과가 있다. 도 1은 본 발명에 따른 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 대한 개략적인 계통도를 나타낸 것이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한, 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 발명은 오염토양 정화용 조성물 및 이를 이용한 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 플라스틱 담체를 유기오염물질 분해 미생물과 함께 배양하여 미생물을 담체에 고정시킨 오염토양 정화용 조성물 및, 상기 오염토양 정화용 조성물을 유기성 물질로 오염된 토양과 혼합하여 지중 교반을 통해 토양경작 효과를 얻음으로써 오염된 유기물질을 분해시키는 것을 특징으로 하는 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 관한 것이다. 먼저, 본 발명에 따른 오염토양 정화용 조성물은, 생분해성 플라스틱과 유기오염물질 분해 미생물을 포함할 수 있다. 상기 오염토양은 석유류, 유기염소 화합물, 방향족 화합물, 농약이나 방부제 등 난분해성 유기오염물질을 포함한 유기성 오염물질 등이 포함될 수 있다. 상기 생분해성 플라스틱은, 제한되지는 않으나, 바람직하게는 섬유형태의 폴리유산을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기오염물질 분해 미생물은 다양한 유기성 오염원에 대한 생분해 능력을 갖는 것들이라면, 이에 특별한 제한은 없다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 섬유형태의 폴리유산은, 상기 유기오염물질 분해 미생물을 고정시킴으로써 외부의 환경충격을 완화하고, 미생물의 균체수를 건조토양 1g당 106 내지 109 MPN(most probable number)로 유지할 수 있는 담체 역할을 할 수 있다. 본 발명의 오염토양 정화용 조성물은 배양배지에 생분해성 플라스틱 담체를 첨가하고 유기오염물질 분해 미생물을 접종하여 배양시킴으로써 제조될 수 있다. 다음으로, 본 발명에 따른 오염토양 정화용 조성물을 이용한 생물학적 원위치 오염토양 정화방법은, (1) 유기오염물질 분해 미생물과 생분해성 플라스틱 담체를 배양하여 담체에 미생물이 고정되도록 유도하는 단계; (2) 상기 미생물이 고정된 생분해성 플라스틱 담체와 배양액을 오염토양에 혼합하는 단계; 및 (3) 상기 혼합한 오염토양에 공기 및 수분을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 생물학적 원위치 오염토양 정화방법은, 유기오염물질 분해 미생물과 생분해성 플라스틱 담체를 배양하여 담체에 미생물이 고정되도록 유도하는 단계; 오염토양을 굴착하는 단계; 상기 미생물이 고정된 생분해성 플라스틱 담체와 배양액을 오염토양에 혼합하는 단계; 상기 혼합한 오염토양을 굴착 지점에 되메움하는 단계; 및 상기 되메움한 오염토양에 공기 및 수분을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 본 발명의 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 대한 개략적인 계통도를 도 1에 나타내었고, 본 발명에 따른 원위치 오염토양 정화방법의 개념도를 도 2에 나타내었다. 본 발명의 일 구체예에 따른 상기 생물학적 정화방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 먼저, 상기 유기오염물질 분해 미생물과 생분해성 플라스틱 담체를 배양하여 담체에 미생물이 고정되도록 유도하는 단계는, 생분해성 플라스틱 담체, 예로서 섬유형태로 제조된 생분해성 플라스틱 담체, 대상 유기오염물질을 분해할 수 있는 미생물, 및 배지를 미생물 배양조에 투입 후 폭기(曝氣)시켜 배양하여, 미생물의 생장주기가 지수기(指數期)를 거쳐 정지기(靜止期)에 이르면 미생물이 담체에 충분히 고정되도록 유도하는 단계이다. 상기 생분해성 플라스틱 담체는 섬유형태의 폴리유산(PLA, Poly Lactic Acid)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 생분해성 플라스틱 담체에 고정시키는 유기오염물질 분해 미생물은 다양한 유기성 오염원에 대한 생분해 능력을 갖는 것들이라면, 이에 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 현장의 오염 특성에 따라 해당 오염토양에서 서식하는 토착미생물을 선별 후 배양하여 사용하거나 또는 특정 오염물질을 분해하기 위하여 개발 및 제조된 상용 미생물을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 상기 생분해성 플라스틱 담체에 상기 유기오염물질 분해 미생물을 고정화시키기 위한 미생물 및 담체의 배양은, 현장 규모, 현장의 특성 등을 고려하여 사전에 별도의 장소에 준비한 미생물 배양시설로 배양하여 미생물 고정 담체를 생산한 후 현장으로 운반하여 투입할 수 있다. 이 경우 4℃ 저온보관 시 최대 12개월까지 미생물 고정 담체를 장기 보관할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 생분해성 플라스틱 담체는 배지에 충분히 담지될 수 있도록 배지 100 부피부에 대하여 10 내지 50 부피부의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 생분해성 플라스틱 담체의 혼합비율이 배지 100 부피부 대비 10 부피부 미만인 경우, 미생물 고정 효율이 떨어져 경제성이 낮아지는 문제가 있고, 생분해성 플라스틱 담체의 혼합비율이 50 부피부를 초과하는 경우, 생분해성 플라스틱 담체와 배지의 비중차이에 의해 생분해성 플라스틱 담체가 과도하게 부유하게 되어 미생물이 충분히 생분해성 플라스틱 담체에 고정되지 못하는 문제가 있다. 또한, 상기 미생물의 접종량은 배지 100 부피부 대비 1 내지 20 부피부의 비율로 혼합하는 것이 바람직하며, 미생물 접종량이 1 부피부 미만인 경우 배지 내 적정 미생물 균체수를 유지하지 못하게 되어 배양에 장기간이 소요되거나, 타 미생물에 의해 오염되어 배양이 실패할 가능성이 있으며, 미생물 접종량이 20 부피부를 초과하는 경우 미생물 비용이 증가하게 되어 경제성이 떨어지는 문제가 있다. 상기 배지로는 유기오염물질 분해 미생물의 종류에 따라 다양한 배지를 사용할 수 있으며, 일반적으로 미생물 배양에 널리 쓰이는 LB(Luria Bertani) 배지를 사용할 수 있다. LB 배지는 트립톤(Trypton) 10g/L, 효모추출물(Yeast extract) 5g/L, 및 NaCl 10g/L으로 배합하여 pH 7.0으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서는, 배양을 통해 미생물이 고정된 생분해성 플라스틱 담체를 배양액으로부터 분리하여, 상기 담체 및 배양액 각각을 본 발명의 생물학적 원위치 오염토양 정화방법에 이용할 수 있다. 다음으로, 정화하고자 하는 오염지역의 토양을 굴착하여 상기 제조한 담체 및 배양액과 혼합한다. 상기 오염지역의 토양은 유류 오염토양 그 자체로 국한되지 않고 석유계탄화수소(Total Petroleum Hydrocarbon,TPH) 등의 유류나 다양한 소수성 물질로 오염된 토양과, 토양 중의 미생물에 의해 단기간에 분해되지 않는 합성 유기물에 의해 오염된 토양 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 석유계탄화수소로 오염된 토양을 포함할 수 있다. 또한, 상기 미생물이 고정된 생분해성 플라스틱 담체와 배양액을 오염토양에 혼합하는 단계는, 미생물이 고정된 담체와 배양액을 굴착한 오염토양에 투입한 후 굴삭기(100)를 이용하여 혼합하는 단계이다. 오염토양의 농도, 토성 등 현장의 환경조건에 따라 변동성이 크지만, 상기 담체 및 상기 배양액은 오염토양 100 부피부에 대하여 각각 1 내지 3 부피부로 투입하는 것이 바람직하다. 상기 담체 및 배양액을 1 부피부 미만으로 투입하는 경우에는 정화 초기 오염토양 내에 적정 미생물 균체수를 유지하지 못하게 되어 정화기간이 장기간 소요되거나 정화목표를 달성하지 못할 수 있으며, 3 부피부를 초과하여 투입하는 경우에는 경제성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 담체와 상기 배양액을 오염토양에 혼합하는 단계에서는 영양염을 추가로 혼합할 수 있으며, 상기 영양염은 암모니아, 질산염과 같은 질소계 화합물 및 오르토인산염과 같은 인계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 영양염은 사전에 굴착한 오염토양의 오염농도가 탄소원을 기준으로 C(carbon):N(nitrogen):P(phosphorus)=100:10:0.5 내지 100:10:1.5의 비율이 되도록 하는 양으로 추가될 수 있다. 다음으로, 상기 혼합한 오염토양을 굴착 지점에 되메움 한 후, 공기 및 수분을 공급한다. 상기 공기 및 수분을 공급하는 단계에서는, 미생물에 충분한 산소를 공급하기 위하여 주 1 내지 3 회 굴삭기(100)를 이용하여 지중의 오염토양을 뒤집어 충분히 교반(200)을 실시할 수 있다. 또한, 상기 굴삭기를 이용한 지중 교반시, 교반 효과를 높이기 위하여 일부 오염토양을 지상으로 굴착해 내며 교반을 실시할 수 있으며, 체 형태의 버켓(bucket)을 선택적으로 사용할 수 있다. 또한, 상기 공기 및 수분을 공급하는 단계에서는, 토양 내 수분함량을 60 내지 80 부피%로 조절하기 위하여 필요 시 관수(灌水)하는 단계를 포함할 수 있으며, 토양의 산도(pH)를 6.0 내지 7.5로 조절하기 위하여 필요 시 생석회 또는 탄산칼슘을 투입할 수 있다. 또한, 상기 공기 및 수분을 공급하는 단계에서는, 질소계 화합물 및 인계 화합물과 같은 영양염을 추가로 투입함으로써 지중 미생물의 생육환경을 최적으로 유지할 수 있다. 상기 영양염을 추가로 투입하는 시기와 투입량을 결정할 때 토양 내 N(nitrogen), P(phosphorus) 분석에 있어 원소분석치를 따르게 되면, 토양입자에 강하게 흡착되어 미생물이 사용할 수 없는 형태로 된 경우가 흔히 발생되므로 실제 미생물이 필요로 하는 양보다 적은 양을 첨가하게 되는 결과가 나타나게 된다. 따라서 실제 암모니아(ammonia), 질산염(nitrate), 오르토인산염(orthophosphate)의 함량을 분석한 후, 이를 기준으로 영양염을 투입하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 공기 및 수분을 공급하는 단계는 국내 토양환경법에 기준한 해당 지역 지목 기준에 따라 사전에 설정한 정화목표 기준치를 달성하기까지 수차례 반복 실시될 수 있다. 이하, 본 발명의 구체적인 내용을 하기 실시예 및 비교예를 통하여 상세히 설명하고자하나 이는 본 발명의 예시목적을 위한 것으로, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 실시예 1 : 양질사토 ( loamy sand ) 오염토양 서울특별시 노원구 월계동 부근 야산에서 채취한 토양을 실험에 사용하였으며, 미국 농무성 기준 토성 분석결과 양질사토로 판정되었다. 채취한 토양을 풍건(風乾) 후 경유로 오염시켰으며, 오염농도를 약 10,000 mg/kg으로 맞추기 위하여 노르말펜탄(n-pentane)과 경유를 1:1 부피비율로 혼합한 후 토양에 골고루 분무한 다음 충분히 교반하였고, 노르말펜탄이 완전히 휘발되도록 흄후드(fume hood)에서 수일 간 보관한 후 사용하였다. 등유 또는 경유 등으로 오염된 토양에 적용 가능한 코리네박테리움 속(Corynebacterium sp.), 스핑고모나스 속(Sphingomonas sp.) 등 여러 종이 혼합된 유기오염물질 분해 미생물을 국내 미생물 제조사로부터 구매하여 실험에 사용하였으며, 일반적으로 미생물 배양에 널리 쓰이는 LB(Luria Bertani) 배지를 이용하였다. 미생물 고정용 담체로 옥수수 전분으로 제조된 100% 폴리유산(PLA, Poly Lactic Acid) 소재의 생분해성 플라스틱을 섬유형태로 제조한 제품을 구매하여 사용하였다. 트립톤(10g/L), 효모추출물(5g/L), 및 NaCl(10g/L)로 이루어진 LB 배지에, 실험대상 오염토양 100 부피부 대비 1.5 부피부에 해당하는 생분해성 플라스틱 담체(배지 100 부피부 대비 10 부피부)를 계량하여 첨가하였고, 배지 100 부피부 대비 유기오염물질 분해 미생물 1 부피부를 접종한 다음 25℃로 온도가 유지되는 인큐베이터 내에서 배양하면서 미생물이 생분해성 플라스틱 담체에 고정되도록 하였다. 미생물 배양이 지수기를 거쳐 정지기에 다다르면 배양을 멈추고, 상기에서 준비한 인공오염토양 1.5kg(겉보기 밀도 1.4g/㎤)에 상기 제조한 담체 및 배양액을 각각 1.5 부피부 혼합하고, 미생물에 산소를 공급하기 위하여 주 2회 뒤집기를 실시하였으며, 토양 수분은 부피 대비 60%를 유지하도록 수분을 공급하였다. 실험은 35일 동안 진행하였고, 토양오염도 측정을 위한 총석유계탄화수소(TPH, Total petroleum Hydrocarbon) 분석은 토양오염 공정시험방법에 의거하여 분석하였으며, 분석 주기는 7일 간격으로 실시하였다. 실시예 2 : 사양토( sandy loam ) 오염토양 경기도 성남시 중원구 소재 공장의 실제 경유오염토양을 채취하여 실험에 사용하였으며, 미국 농무성 기준 토성 분석결과 사양토로 판정되었다. 초기 오염농도는 TPH 10,772 mg/kg으로 분석되었으며, 유기오염물질 분해 미생물, 생분해성 플라스틱 담체, 및 배양액은 상기 실시예 1과 동일한 규격 및 조건으로 실험하였다. 실험은 112일 동안 진행하였고, 총석유계탄화수소(TPH) 분석은 토양오염 공정시험방법에 의거하여 분석하였으며, 분석 주기는 7일 또는 14일 간격으로 실시하였다. 실시예 3 : 사양토( sandy loam ) 오염토양의 현장규모 실험 충북 영동군 소재 공장의 경유오염토양을 채취하여 실험에 사용하였으며, 미국 농무성 기준 토성 분석결과 사양토로 판정되었다. 초기 오염농도는 총석유계탄화수소(TPH) 4,457 mg/kg으로 분석되었으며, 유기오염물질 분해 미생물과 생분해성 플라스틱 담체는 상기 실시예 1 및 2와 동일한 제품을 구매하여 사용하였다. 미생물 배양을 위한 배양액은, 현장 규모 실험 시 외래미생물로부터의 오염 가능성을 최소화하기 위하여 경유를 탄소원으로 하고, N, P-source만을 C:N:P=100:10:1의 비율로 제조한 최소배지(minimal medium)를 사용하여 2톤 용량의 배양조에 폭기시키며 배양하였으며, 이 외에 미생물 접종, 배양 및 담체 고정방법은 상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 진행하였다. 현장오염토양은 오염농도 및 토성을 균질화하기 위하여 사전에 굴삭기를 이용하여 충분히 교반한 다음, 1.8m 높이로 성토하여 원위치 토양경작 작업을 위한 현장 조건을 조성하였다. 미생물이 지수기를 거쳐 정지기에 다다르면 배양을 중지하고, 현장오염토양 20m3에 상기 제조한 담체 및 배양액을 각각 1.5 부피부 혼합하고, 미생물에 산소를 공급하기 위하여 주 2회 뒤집기를 실시하였다. 실험은 63일 동안 진행하였고, 총석유계탄화수소(TPH) 분석은 토양오염 공정시험방법에 의거하여 분석하였으며, 분석 주기는 7일 간격으로 실시하였다. 비교예 1 : 양질사토 ( loamy sand ) 오염토양 미생물 및 담체를 투여하지 않은 무처리구, 단순 미생물만을 투여한 실험구(實驗區), 및 제올라이트(zeolite), 세라믹(ceramic), 펄라이트(perlite), 피트모스(peat moss)를 각각 담체로 이용하여 상기 실시예 1과 동일한 미생물로 고정시킨 담체와 배양액을 제조한 후, 오염토양 100 부피부에 대하여 상기 제조한 담체 및 배양액을 각각 1.5 부피부 투여한 실험구를 준비하여 총 6개의 실험구를 실시예 1과 동일한 방법으로 실험하였다. 비교예 2 : 사양토( sandy loam ) 오염토양 미생물 및 담체를 투여하지 않은 무처리구, 및 제올라이트, 세라믹, 펄라이트, 피트모스를 각각 담체로 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 미생물로 고정시킨 담체와 배양액을 제조한 후, 오염토양 100 부피부에 대하여 상기 제조한 담체 및 배양액을 각각 1.5 부피부 투여한 실험구를 준비하여 총 5개의 실험구를 실시예 2와 동일한 방법으로 실험하였다. 비교예 3 : 사양토( sandy loam ) 오염토양의 현장규모 실험 미생물 및 담체를 투여하지 않은 무처리구, 및 세라믹과 피트모스를 각각 담체로 이용하여 상기 실시예 3과 동일한 미생물로 고정시킨 담체와 배양액을 제조한 후, 오염토양 100 부피부에 대하여 상기 제조한 담체 및 배양액을 각각 1.5 부피부 투여한 실험구를 준비하여 총 3개의 실험구를 실시예 3과 동일한 방법으로 실험하였다. < 실시예 1과 비교예 1의 평가 결과> 상기 실시예 1과 비교예 1을 대상으로 총석유계탄화수소 농도(mg/kg)를 측정한 결과는 하기 표 1과 같다.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 토양정화방법으로 실시한 실시예 1의 경우, 실험진행 28일 만에 국내 토양환경보전법 상 3지역 우려기준인 총석유계탄화수소(TPH) 2,000 mg/kg 미만으로 오염농도가 저감된 것을 확인할 수 있었으며, 비교예 1의 실험구 중에는 세라믹 담체의 경우가 실시예 1과 유사한 정화효율을 보인 것으로 나타났다. < 실시예 2와 비교예 2의 평가 결과> 상기 실시예 2와 비교예 2를 대상으로 총석유계탄화수소 농도(mg/kg)를 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 토양정화방법으로 실시한 실시예 2의 경우, 실험진행 98일 만에 국내 토양환경보전법 상 3지역 우려기준인 총석유계탄화수소(TPH) 2,000 mg/kg 미만으로 오염농도가 저감된 것을 확인할 수 있었으며, 비교예 2의 모든 실험구는 112일이 지난 후에도 총석유계탄화수소(TPH) 2,000 mg/kg 미만으로 저감되지 않았다. < 실시예 3과 비교예 3의 평가 결과> 상기 실시예 3과 비교예 3을 대상으로 총석유계탄화수소 농도(mg/kg)를 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 토양정화방법으로 실시한 실시예 3의 경우, 실험진행 42일 만에 국내 토양환경보전법 상 3지역 우려기준인 총석유계탄화수소(TPH) 2,000 mg/kg 미만으로 오염농도가 저감된 것을 확인할 수 있었으며, 비교예 3의 세라믹과 피트모스 실험구와 비교하여 실시예 3의 생분해성 플라스틱 실험구의 초기 오염농도 대비 저감률이 73.6%로 정화효율이 가장 높은 것으로 관찰되었다. 또한, 본 발명의 오염토양 정화용 조성물을 사용하여 원위치(in-situ) 오염토양 정화방법을 적용하지 않고, 기존 재래적인 토양경작법을 적용해야 하는 경우에도 기존의 토양경작단 0.3 내지 1.0m 이내의 높이를 1.8m로 높일 수 있게 됨으로써, 경작장 단위면적 당 처리물량이 1.8배로 증가되어, 오염토양의 정화효율을 증대시킬 수 있는 것으로 예상된다. 생분해성 플라스틱을 미생물 고정용 담체로 사용한 원위치 오염토양 정화방법을 인공오염토양에 적용한 실시예 1과 실제 현장오염토양에 적용한 실시예 2의 분석결과를 관찰하여 볼 때, 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 유기오염물질 분해 정화효율이 우수한 것으로 나타났으며, 생분해성 플라스틱 담체를 이용해 현장 규모로 원위치 오염토양 정화방법을 적용한 실시예 3을 비교예 3과 비교한 결과에서도 실시예 3에서의 유기오염물질 분해 정화효율이 우수한 것으로 관찰되었다. 결론적으로, 유기오염물질로 오염된 오염토양의 정화에 본 발명에 따른 생분해성 플라스틱을 고정용 담체로 사용한 오염토양 정화용 조성물을 적용한 실시예 1, 2, 및 3이 비교예 1, 2, 및 3에 비해 경유의 오염농도 저감이 빠르게 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명의 구성은 상기의 실시예를 통해 그 우수성이 입증되었지만 상기의 구성(오염물질과 실험조건 등)에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변형이 가능하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. Claims (8)
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